В первые мгновения после Большого взрыва Вселенная была наполнена квантовой дрожью — крошечными колебаниями, которые позже могли превратиться в гравитационные волны, рябь самого пространства. Но когда физики пытаются рассчитать этот процесс, в уравнениях возникают бесконечно большие числа. Это не реальная физика, а математическая шелуха, и её нужно аккуратно счистить, чтобы услышать чистый сигнал.
Авторы новой работы применили метод, похожий на перенастройку музыкального инструмента перед концертом. Обычно, чтобы убрать шум, нужно знать всё об эволюции Вселенной и полях, которые в ней действуют. Но учёные нашли способ обойтись без этой информации. Они заметили, что на очень малых масштабах все квантовые волны колеблются одинаково — по универсальному закону, похожему на то, как любая струна издаёт звук в зависимости от натяжения. Выделив эту общую часть, они аналитически вычли из расчётов мешающие бесконечности, оставив только чистый, конечный сигнал.
Такой подход проверили на двух задачах: рождение гравитационных волн от постороннего поля и самовзаимодействие скалярного поля, которое, возможно, отвечало за раздувание Вселенной. В обоих случаях удалось получить конечные выражения, готовые для численного моделирования. Это как если бы инженер починил микрофон не на конкретной записи, а создал фильтр, работающий для любого концерта. Теперь теоретики могут смелее предсказывать, какой след оставили первые мгновения в сегодняшнем небе, а будущие детекторы гравитационных волн — искать эти следы без боязни, что теория врёт из-за математических артефактов.
Квантовые флуктуации в ранней Вселенной были настолько крошечными, что если увеличить атом до размеров Земли, то эти дрожания были бы меньше толщины человеческого волоса.
В романе «Контакт» Карла Сагана героиня слышит отзвук Большого взрыва, скрытый в сигнале инопланетян — примерно этим и занимаются учёные, очищая данные от шума.